Schneckengetriebe

TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
Schneckengetriebe
Ablageverzeichnis : SCHNECKE
Standard Dateiname : SCHN-1.SCH
Temporärer Datei : SCHN-0.TMP
Vorbelegungsdatei : SCHVORBE.DAT
Schneckengetriebe ............................................................................................................................... ......................1
1
Allgemeine Beschreibung....................................................................................................... .........................3
1.1
Berechnungsmöglichkeiten......................................................................................................................3
1.2
Eingangsdaten..........................................................................................................................................3
1.3
Berechnungsergebnisse............................................................................................................................3
1.4
Vorbelegungsdatei ...................................................................................................................................4
2
Berechnungsgrundlagen / Literatur..................................................................................................................6
3
Hinweise zum Berechnungsablauf...................................................................................................................6
3.1
Festlegung des Berechnungsalgorithmus.................................................................................................6
4
Berechnung der Geometriedaten......................................................................................................................7
4.1
Berechnung Profilverschiebung Schneckenrad, Schneckenlänge und Zahnbreite...................................7
4.2
Qualität, Abmaße, Toleranzen .................................................................................................................7
4.3
Prüfmaße..................................................................................................................................................8
4.4
Werkstoffdaten.........................................................................................................................................8
4.5
Leistungsdaten .........................................................................................................................................9
5
Berechnung der Tragfähigkeit nach Niemann ...............................................................................................10
5.1
Allgemeine Betriebsdaten ......................................................................................................................10
5.2
Paarungsparameter.................................................................................................................................10
5.3
Verlustleistung, Wirkungsgrad ..............................................................................................................11
5.4
Grübchensicherheit SH der Radflanken.................................................................................................11
5.5
Verschleißsicherheit Sw der Radflanken ...............................................................................................12
5.6
Temperatursicherheit ST........................................................................................................................12
Zahnbruchsicherheit SF ....................................................................................................................................12
5.8
Durchbiegesicherheit Sd ........................................................................................................................13
6
Tragfähigkeit nach DIN 3995 ........................................................................................................................14
6.1
Mittlere Zahnreibzahl.............................................................................................................................14
6.2
Verlustleistung Wirkungsgrad ...............................................................................................................14
6.3
Schmierspaltdicke ..................................................................................................................................15
6.4
Verschleißtragfähigkeit..........................................................................................................................15
6.5
Grübchensicherheit ................................................................................................................................16
6.6
Zahnfußsicherheit ..................................................................................................................................16
6.7
Durchbiegung Schneckenwelle..............................................................................................................17
6.8
Temperatursicherheit .............................................................................................................................17
7
Ergebnisanzeige .............................................................................................................................................19
8
Ausgabe Text + Grafik ..................................................................................................................................20
9
Ausgabe Grafik ..............................................................................................................................................21
10
Ausgabe Text .............................................................................................................................................22
10.1 Ausgabe Drucker ...................................................................................................................................22
10.2 Ausgabe Bildschirm...............................................................................................................................23
10.3 CAD Schnittstelle ..................................................................................................................................23
1
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
2
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
1 Allgemeine Beschreibung
1.1
Berechnungsmöglichkeiten
- Auslegung und Berechnung von evolventischen Zylinderschnecken
beliebiger Flankenform nach DIN 3975 mit beliebigen Achswinkel
1.2
Eingangsdaten
- Geometriedaten, die optimiert werden können
- Belastungsdaten (Antriebs- oder Abtriebsdrehmoment)
- Werkstoffdaten für Schnecke und Schneckenrad
- Qualitätsvorgaben für Schnecke und Schneckenrad
1.3
Berechnungsergebnisse
- Vollständige Geometriedaten von Schnecke und Schneckenrad
- Prüfdaten
Zahndickensehnenmaße für Schnecke und Schneckenrad, diametrales Dreirollenmaß für die Schnecke
- Wirkungsgrad und Verlustleistung für Verzahnung und Lager
- Tragfähigkeitsnachweise nach NIEMANN
Grübchensicherheit,
Verschleißsicherheit,
Zahnbruchsicherheit,
Temperatursicherheit,
Durchbiegesicherheit
-Tragfähigkeit nach DN 3992
Grübchensicherheit,
Verschleißsicherheit,
Zahnbruchsicherheit,
Temperatursicherheit,
Durchbiegesicherheit
3
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
1.4
Vorbelegungsdatei
Zur Erklärung der einzelnen Eingaben:
Qualität
Es können 6 verschiedene Qualitäten vorgegeben werden. Die am häufigsten verwendete Qualität sollte an erster Stelle
stehen. Zur Eingabe der Qualität im Programm werden diese angezeigt und können einfach durch Tastendruck
übernommen werden.
Eine beliebige Eingabe im Programm ist möglich.
Rauhtiefen
Die Rauhtiefen für Schnecke und Rad werden an den Programmteil Tragfähigkeit übergeben und können dann später dort
überschrieben werden.
Fußhöhen-, Kopfhöhenfaktor
Vorgabe des Fuß- und Kopfhöhenfaktors des Bezugsprofils.
Profilwinkel
Vorgabe des Normaleingriffswinkels
Lebensdauer
Vorgabe der Lebensdauer in Stunden
Ölviskosität
Vorgabe der kinematischen Ölviskosität in mm²/s bei 40° und 100 °C. Eingabe durch . trennen und den Wert für 100 ° auch
dreistellig eingeben (für 220° und 37 ° = 220.037)
Öltemperatur
Vorgabe der zu erwartenden Ölsumpf- bzw. Öleinspritztemperatur
(Betriebstemperatur)
4
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
KZ Werkstoffe Schnecke/Rad
Übliche Werkstoffe für Schnecke und Schneckenrad können über die entsprechende Kennzahl aus der Werkstoffdatei vor
ausgewählt werden.
KZ Lüfter/Lage Schnecke
Kennzahl für die Kühlung des Gehäuses und der Lage der Schnecke nach Abschnitt 2.3.1 "Allgemeine Eingaben" zur
Tragfähigkeitsberechnung
Standwirkungsgrad
Vorgabe eines üblichen Standwirkungsgrades
5
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
2 Berechnungsgrundlagen / Literatur
Für die Erstellung des Programms wurde auf folgende Literatur zurückgegriffen:
/1/ DIN 3975 Begriffe und Bestimmungsgrößen für Zylinderschneckengetriebe mit Achswinkel 90o
Ausgabe Oktober 1976
/2/ G.Niemann Maschinenenelemente
H. Winter Band III
Schraubrad-, Kegelrad-, Schnecken-, Ketten-,
Riemen-, Reibradgetriebe, Kupplungen, Bremsen,
Freiläufe
2. Auflage
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York Tokyo 1986
Alle in der weiteren Beschreibung genannten Gleichungen entstammen /2/.
3 Hinweise zum Berechnungsablauf
3.1
Festlegung des Berechnungsalgorithmus
Alle Längeneingaben erfolgen in mm oder wenn ausdrücklich vorgegeben in µm. Die Maßeinheit der Kraft ist N und der
Momente Nm.
Winkel können wahlweise als Dezimalzahl oder in Grad, Minuten, Sekunden eingegeben werden.
Die vom Programm vorgeschlagenen Werte können verändert werden. Alle eingegebenen Werte gelten jedoch nur für die
laufende Berechnung.
6
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
4
Berechnung der Geometriedaten
Flankenform nach DIN 3975
Achswinkel 90 °
Zu wählen sind Flankenform,
Höhenfaktoren, Profilwinkels am Bezugsprofil und
Achswinkel.
Vorgabe ob mit Normal- oder Achsmodul gerechnet
werden soll.
Weiter Zähnezahlverhältnis und Achsabstand. Die
vorgeschlagenen Zähnezahlen können verändert
werden.
Bestimmung von Durchmesser,
Steigungswinkel und Modul
Es kann das Verhältnis dm / a vorgegeben werden.
Erfolgt keine Angabe so wird mit dem Verhältnis 0.35 der mittlere Schneckendurchmesser, der
Teilkreisdurchmesser des Schneckenrades und die Module berechnet.
Der Achsmodul oder Normalmodul kann beliebig geändert werden.
Der angezeigte Wirkungsgrad bezieht sich auf eine angenommene Zahnreibzahl von 0.02 und ist somit nur als
Anhaltswert über die Wirkungsgradveränderung bei variierten Geometriedaten zu betrachten.
4.1
Berechnung Profilverschiebung Schneckenrad, Schneckenlänge und
Zahnbreite
Für die Festlegung des Profilverschiebungsfaktors wird ein Mindestwert
angezeigt. Abhängige Größen wie
Zähnezahl und Achsabstand werden neu
berechnet.
4.2
Qualität, Abmaße, Toleranzen
7
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
Eine von 6 aus der Vorbelegungsdatei angebotene
Qualität einschließlich Abmaß- und Toleranzreihe
kann übernommen werden. Über das Feld "Eingabe"
können weitere Qualitäten, Abmaß- und
Toleranzreihen entsprechend DIN 3967 ausgewählt
werden.
Schließlich ist über das Eingabefeld "Abmaße" auch
eine direkte Vorgabe von oberen und unteren
Zahndickenabmaß möglich.
Das Toleranzfeld für den Achsabstand nach DIN
3964 kann angegeben werden, ansonsten wird es
aus der Qualitätsvorgabe ermittelt.
4.3
Prüfmaße
Aus den zuvor festgelegten Qualitäten werden für Schnecke und Schneckenrad die Zahndickensehnen im
Normalschnitt (Nennmaß, Größtmaß, Kleinstmaß) nach DIN 3967 berechnet. Das sich ergebende kleinste und größte
Flankenspiel wird angezeigt.
Das vorgeschlagene Mindestflankenspiel basiert auf NIEMANN, Bild 25/28, S. 99.
Zusätzlich wird das diametrale Dreirollenmaß (Nennmaß, Größtmaß, Kleinstmaß) als Prüfmaß für die Schnecke
ermittelt. Dazu ist der angezeigte theoretische Messrollendurchmesser durch den Wert einer vorhandenen Meßrolle zu
ersetzen.
4.4
8
Werkstoffdaten
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
Zu beachten ist, daß die Werkstoffbezeichnung für das Schneckenrad korrekt
eingegeben ist und zwar GZ-CuSn12, GZ-CuSn12Ni, CuAl10Ni, GGG-40, GG-25.
Dabei ist Groß-Kleinschreibung zu beachten.
Bei abweichender Eingabe können die werkstoffabhängigen Faktoren in der
Tragfähigkeitsberechnung nicht richtig berechnet werden.
4.5
Leistungsdaten
Drehzahl, Zähnezahlverhältnis, Drehmoment, Leistung
Einzugeben ist entweder die Drehzahl von Schnecke oder Rad. Die andere Drehzahl wird berechnet.
Wahlweise ist weiter das Moment an der Schnecke oder das Moment am Rad oder die Leistung einzugeben. Die
fehlenden Werte werden vom Programm berechnet dabei wird zunächst ein Wirkungsgrad von 100 % angenommen.
Entsprechend der Angabe welches Moment konstant bleiben soll, wird das andere Moment und die Leistung nach dem
vorhandenen Wirkungsgrad umgerechnet.
- Anwendungsfaktor
Der Anwendungsfaktor KA ist frei wählbar. Anhaltswerte in der TABELLE
- Lebensdauer
Freie Eingabe in Stunden.
- Einschaltdauer
Eingabe in % (zur Berechnung nach NIEMANN)
Eingaben zu Lastfall sind optional und haben keinen Einfluß auf die Berechnung.
9
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
5
Berechnung der Tragfähigkeit nach Niemann
5.1
Allgemeine Betriebsdaten
Einzugeben bzw. zu wählen sind die abgefragten Daten. Mit Übernahme zum nächsten
Eingabefenster
5.2
Paarungsparameter
Einzugeben bzw. zu wählen sind die abgefragten Daten. Mit Übernahme zum nächsten
Eingabefenster
10
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
5.3
Verlustleistung, Wirkungsgrad
Die Berechnung erfolgt nach den Gln. (25/50) - (25/62).
Die Anlaufreibzahl ist mit 0.14 vorbelegt und kann den vorliegenden Verhältnissen angepaßt
werden.
Der Wert "mittlere Gleitgeschwindigkeit/Summengeschwindigkeit" wird für ZH-Schnecken mit 2.2,
für die anderen Schnecken mit 2.7 angenommen. Eine genaue Berechnung ist mit dem
Zusatzprogramm "Berührlinien bei Schneckengetrieben" möglich.
Für die Berechnung der Zahnreibzahl µz nach Gl. (25/60) wird die mittlere Rauhtiefe Rz der
Schnecke abgefragt.
Die Berechnung der Verzahnungsverlustleistung erfolgt nach den Gln. (25/53) - (25/55), der
Leerlaufverlustleistung nach Gl. (25/61) und der Lagerverlustleistung je nach gewählter Lagerart
nach Gl. (25/62).
5.4
Grübchensicherheit SH der Radflanken
Die Berechnung erfolgt nach den Gln. 25/76 - 25/84 u.a. mit dem Lebensdauerfaktor Zh, dem
Kontaktfaktor Zp, dem Lastwechselfaktor Zn und dem Elastizitätsfaktor ZE.
11
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5.5
Verschleißsicherheit Sw der Radflanken
Die Berechnung erfolgt nach den Gln. 25/85 - 25/88 mit der Verschleißfestigkeit Õwlim, der
Verschleißmasse Delta_m, dem Verschleiß-Paarungsfaktor Wp, dem Verschleiß-Rauheitsfaktor
und dem Verschleiß-Geschwindigkeitsfaktor.
5.6
Temperatursicherheit ST
Die Berechnung erfolgt nach den Gln. (25/65 - 25/74).
Der nach Gl. (25/69) berechnete Wert für die Wärme abgebende Gehäuseoberfläche kann
geändert werden, bspw. wenn die ermittelte wirksame Kühlfläche den Gegebenheiten nicht
entspricht.
Bei Aussetzbetrieb erfolgt die Berechnung der Bezugszeit ta nach Gl. (25/74) und die KurzzeitTemperatursicherheit nach Tafel 25/3.
5.7
Zahnbruchsicherheit SF
Die Berechnung erfolgt nach den Gln. (25/89) und (25/90) mit dem Kennwert U und dem
Grenzwert ÕUlim der Zahnfußbeanspruchung.
12
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
5.8
Durchbiegesicherheit Sd
Die Berechnung erfolgt nach den Gln. (25/91) - (25/96).
13
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
6 Tragfähigkeit nach DIN 3995
6.1
Mittlere Zahnreibzahl
6.2
Verlustleistung Wirkungsgrad
14
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
6.3
Schmierspaltdicke
Zur genauen Berechnung der Viskosität bei Radmassentemperatur ist die Vorgabe
der Viskosität bei 40° und 100° erforderlich. Die Berechnung erfolgt nach der
„Ubbelohde-Walther-Formel“.. Wenn für 100° keine Eingabe erfolgt wird als
Richtungkonstante der Wert 3.0 verwendet.
6.4
Verschleißtragfähigkeit
Vorzugeben ist welcher Verschleißabtrag zugelassen wird.
15
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
6.5
Grübchensicherheit
Es kann die Grübchendauerfestigkeit geändert werden. Die Änderung hat nur für die
aktuelle Berechnung Gültigkeit.
6.6
Zahnfußsicherheit
Es kann die Schubdauerfestigkeit geändert werden. Die Änderung hat nur für die
aktuelle Berechnung Gültigkeit.
16
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
6.7
Durchbiegung Schneckenwelle
6.8
Temperatursicherheit
Bei Tauchschmierung
Bei Einspritzschmierung
17
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
18
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
7 Ergebnisanzeige
Durch anklicken Nach Niemann bzw. Nach DIN 3996 werden die Ergebnisse
entsprechend angezeigt. Unterschiede bestehen im Gesamtwirkungsgrad und damit bei
den vorhandenen Momenten und der Leistung.
19
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
8 Ausgabe Text + Grafik
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TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
Anwahl zur Ausgabe von Grafik. Zunächst Anzeige bzw. Eingabe von Kopfzeileninhalt und
Auftragsdaten. Die Auftragsdaten können zur Abspeicherung ( ÜBERNAHME MIT ) oder nur
für den einen Ausdruck ( ÜBERNAHME OHNE ) übernommen werden.
Es folgt Fenster zur Auswahl der gewünschte Ausgaben.
Bei Grafikausgabe ist der Maßstab festzulegen.
9 Ausgabe Grafik
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10 Ausgabe Text
10.1 Ausgabe Drucker
22
TBK Programm zur Berechnung von Schneckengetrieben
Anwahl zur Ausgabe von Textausdrucken. Zunächst Anzeige bzw. Eingabe von
Kopfzeileninhalt und Auftragsdaten. Die Auftragsdaten können zur Abspeicherung
(ÜBERNAHME MIT) oder nur für den einen Ausdruck (ÜBERNAHME OHNE übernommen
werden.
Es folgt Fenster zur Auswahl der gewünschten Ausgaben.
Zu wählen ist die Sprache und die Schriftgröße für Normalschrift, sie ist mit 10 vorbelegt. Falls
der Ausdruck über den unteren Blattrand hinausgeht, kann 8 oder 9 eingegeben werden.
Unter DRUCKERWAHL verzweigt das Programm in die entsprechende Windows Routine zur
Auswahl und Einrichtung des Druckers
10.2 Ausgabe Bildschirm
10.3 CAD Schnittstelle
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